Deux ans après son gel historique, le Texas est de plus en plus vulnérable aux vagues de froid – et il existe d'autres solutions que la simple construction de centrales électriques

Les Texans aiment considérer leur État comme la capitale mondiale de l'énergie.Mais à la mi-février 2021, l’État énergétique a manqué d’énergie.

Un épidémie de conditions hivernales intenses, officieusement surnommée la tempête hivernale Uri par Weather Channel, a balayé les États-Unis, apportant de la neige, du grésil, de la pluie verglaçante et des températures glaciales.Le Texas a été particulièrement touché, les 254 comtés étant simultanément soumis à un avertissement de tempête hivernale.

Dans tout l’État, des températures arctiques soutenues les centrales électriques et les approvisionnements en carburant ont gelé, tandis que la demande d'énergie pour le chauffage domestique a grimpé jusqu'à des sommets historiques.Des pannes en cascade dans l'alimentation électrique et secteurs du gaz naturel laissé des millions de personnes dans le noir pendant des jours.Au moins 246 personnes sont mortes, peut-être bien d'autres, et les dommages économiques estiment les dommages atteints 130 milliards de dollars américains.

Les systèmes d'eau, qui nécessitent de l'énergie pour le pompage et le traitement, ont également été gravement endommagés.Au moins 10 millions de personnes étaient soumis à des avis d'ébullition de l'eau pendant et après la tempête, parfois pendant des semaines.Les résidents à faible revenu et appartenant à des minorités, qui disposaient de moins de ressources pour trouver un autre logement et effectuer des réparations, subi les pires impacts.

Comme chercheurs en énergie basés au Texas, nous avons passé une grande partie des deux dernières années à analyser pourquoi l’État était si mal préparé à cet événement et comment il pourrait faire mieux.Une réaction instinctive courante face aux catastrophes qui provoquent des pannes de courant généralisées consiste à appeler à la construction de centrales électriques plus « solides » – celles qui utilisent des combustibles comme le charbon ou le gaz naturel et sont conçues pour fournir de l’électricité à toute heure du jour ou de la nuit.Mais les centrales au charbon et au gaz, ainsi que leurs approvisionnements en combustible, peuvent connaître des pannes spectaculaires.

Nous pensons qu’il est important de ne pas se contenter de construire davantage de centrales électriques.Nos résultats mettent en lumière d’autres solutions qui peuvent être plus propres, moins chères et plus rapides à mettre en place.

Planification pour l'hiver

Les analyses après Uri ont révélé qu'un manque d'hivernage dans les secteurs de l’électricité et du gaz a été une cause critique de défaillance à l’échelle du système.La législature du Texas a adopté nouvelles exigences d’hivernage pour les générateurs d’électricité.Mais il n’en a pas été de même pour les producteurs de gaz naturel, qui fournissent du carburant à environ 40% des centrales électriques du Texas et n'avons pas pu livrer pendant la tempête.

Depuis lors, le Texas a connu des baisses significatives de la production de gaz naturel lors des vagues de froid hivernales de janvier et février 2022.Comme cela s'est produit à Uri, la production de nombreux puits de gaz a été interrompue parce que l'eau et d'autres liquides qui remontaient à la surface avec le gaz naturel ont gelé lorsqu'ils ont heurté une tête de puits gelée, créant un barrage de glace et arrêtant l'écoulement du gaz dans les pipelines.

En décembre 2022, la tempête hivernale Elliott a provoqué davantage baisse de la production de gaz, ainsi que pannes de courant dans tout le sud-est des États-UnisCes événements montrent que les risques hivernaux en matière de fiabilité ne sont pas spécifiques au Texas.

Les défis du temps froid

Nos recherches montrent que la demande d’électricité de pointe hivernale au Texas – tirée par le chauffage électrique des locaux – est devenue plus sensible aux températures froides au cours des 20 dernières années.Les pics hivernaux augmentent également plus rapidement et sont plus irréguliers que les pics estivaux.Nous savons que chaque été sera chaud, mais nous ne savons pas avec certitude si l’hiver sera froid, ce qui rend la planification plus difficile.

Le Texas est à l’avant-garde d’une transition nationale vers le chauffage des maisons à l’électricité plutôt qu’au pétrole ou au gaz.Environ 60 % des foyers au Texas utilisent soit pompes à chaleur ou chauffage par résistance électrique.

Les pompes à chaleur déplacent la demande énergétique hivernale des sources émettrices de carbone comme le gaz naturel vers l’électricité.Ils peuvent également refroidir les bâtiments plus efficacement que les anciens climatiseurs.Cependant, les pompes à chaleur qui ne sont pas conçues pour les basses températures peuvent utiliser plus d'énergie chauffer en hiver plutôt que rafraîchir en été.De meilleures normes minimales d’efficacité peuvent aider atténuer ce défi.

Le passage à l’électricité pour le chauffage indique qu’au cours des prochaines décennies, la demande d’électricité au Texas devrait régulièrement culminer en hiver plutôt qu’en été.Pendant ce temps, les saisons intermédiaires de faible demande au printemps et à l’automne – les périodes où les centrales à combustible fossile et nucléaires sont normalement hors service pour maintenance – sont de plus en plus courtes, à mesure que les vagues de chaleur commencent plus tôt et que les tempêtes hivernales se multiplient. plus tard au printemps.

Que faisons-nous maintenant ?

Ces tendances font qu'il est plus difficile pour les planificateurs et les exploitants de réseaux de garantir qu'une capacité électrique suffisante soit toujours disponible, surtout en hiver.En plus de veiller à ce que le Texas dispose d’une capacité de production en ligne suffisante, voici trois domaines dans lesquels nous pensons que l’État devrait faire davantage :

– Promouvoir l’efficacité énergétique.

Actuellement, l'American Council for an Energy-Efficient Economy, une organisation à but non lucratif, classe le Texas 29ème parmi les états pour ses politiques et programmes visant à économiser l’énergie et à promouvoir l’efficacité énergétique.L’adoption de politiques telles que des codes de construction plus stricts et des normes minimales d’efficacité des appareils réduirait les factures d’énergie des consommateurs.Cela réduirait également demande de pointe lors d’événements extrêmes.Et si des pannes surviennent encore, les maisons bien isolées resteront chaudes ou fraîches plus longtemps, réduisant ainsi les risques pour les occupants.

– Augmenter les investissements dans réponse à la demande.

Les programmes de réponse à la demande incitent les clients à éteindre les appareils non critiques, comme les pompes de piscine ou les chauffe-eau, pendant de courtes périodes afin de réduire la charge globale du réseau pendant les périodes de forte demande.Pour équilibrer en temps réel l’offre et la demande sur le réseau, désactiver 500 mégawatts de demande non critique équivaut fonctionnellement à allumer une centrale électrique de 500 mégawatts.Même si le Texas a fait quelques progrès dans ce domaine, c'est en dessous de la moyenne par rapport à ses pairs.

Nos recherches montrent que le Texas pourrait libérer 7 gigawatts ou plus de capacité de production d’électricité grâce à la réponse à la demande, ce qui doublerait ce dont il dispose aujourd’hui.

Augmenter la réponse à la demande peut s’avérer moins coûteux que la construction de nouvelles centrales électriques.Alors qu'un nouveau parc éolien ou solaire peut coûter 1 000 $ ou plus par kilowatt de capacité de production, les programmes de réponse à la demande coûtent environ 200 $ le kilowatt de demande qui peut être désactivée.

C’est aussi plus rapide.Les techniciens peuvent installer des milliers de thermostats ou d'interrupteurs d'appareils télécommandables en quelques mois, alors qu'il faut des années pour localiser, autoriser et construire de nouvelles centrales électriques.

– Connecter le réseau électrique isolé du Texas aux interconnexions ouest et est.

La majeure partie de l'électricité aux États-Unisest produit et vendu sur deux grands réseaux qui couvrent presque tous les 48 États inférieurs.Le Texas a conservé son propre grille à l'intérieur des frontières de l'État comme moyen de minimiser la réglementation fédérale de son secteur de l’électricité.Bien qu’il existe des liens de courant continu très faibles avec ces réseaux, les services publics du Texas ne peuvent pas importer des quantités significatives d’électricité lorsque les approvisionnements sont rares, ni l’exporter lorsqu’ils ont un excédent et que les États voisins ont besoin de soutien.

Une connectivité élargie au réseau rendrait l’approvisionnement en électricité au Texas plus fiable et permettrait aux producteurs d’exporter de l’énergie à faible émission de carbone à partir des nombreux parcs éoliens et solaires de l’État.La croissance rapide de la production éolienne et solaire au Texas a sauvé les consommateurs de l’État des milliards de dollars tout en gagnant beaucoup d'argent pour propriétaires fonciers ruraux et gouvernements locaux.

Ces centrales d’énergie renouvelable économiquement avantageuses finiront par saturer le marché limité du Texas.Ouvrir l'accès aux consommateurs d'autres États en connectant le Texas à d'autres réseaux continuerait de stimuler la croissance économique et la création d'emplois dans les zones rurales et donnerait au réseau de l'État une bouée de sauvetage en cas d'événements extrêmes.Nos recherches en cours montrent que cela constituerait un moyen moins coûteux et plus propre d’assurer la fiabilité que la simple ajout de centrales électriques au gaz naturel.

Les responsables du Texas vantent souvent les «tout ce qui précède » stratégie énergétique, mais cette vision se concentre fortement sur la production.À notre avis, une approche qui utilise tous les outils disponibles – y compris l’efficacité, la réponse à la demande et une connectivité accrue au réseau – servirait mieux l’État.